轻松掌握“裸机”任务调度——使用环形缓冲区、状态机和定时器打造完美方案!

简介: 轻松掌握“裸机”任务调度——使用环形缓冲区、状态机和定时器打造完美方案!

【前言】

   本文将介绍如何使用ringbuff消息队列、状态机和定时器来模拟RTOS中的任务调度。我们将使用简单的算法来调度任务,并利用TIM2定时器作为任务调度器。在我们的设计中,我们将创建两个任务,一个用于发送数据,另一个用于接收和处理数据。我们将使用ringbuff来传输消息,并使用状态机来处理接收到的数据。

【环形缓冲区】

   由于我们需要在两个任务之间传输数据,所以我们需要使用一个消息队列。在本文中,我们将使用环形缓冲区来实现消息队列。环形缓冲区是一种特殊的缓冲区,它可以在达到缓冲区末尾时自动回到开头。

下面是我们使用环形缓冲区来实现消息队列的代码:

typedef struct {
    uint8_t *buf; // 环形缓冲区数据指针
    uint32_t head; // 缓冲区头指针
    uint32_t tail; // 缓冲区尾指针
    uint32_t size; // 缓冲区大小
    uint32_t count; // 缓冲区有效数据长度
} ringbuf_t;
ringbuf_t tx_ringbuf; // 发送用环形缓冲区
ringbuf_t rx_ringbuf; // 接收用环形缓冲区

在以上代码中,我们定义了一个名为ringbuf_t的结构体,用于代表环形缓冲区。tx_ringbufrx_ringbuf是我们用来发送和接收数据的两个环形缓冲区变量。

下面是我们使用环形缓冲区来发送和接收数据的代码:

void ringbuf_put(ringbuf_t *rb, uint8_t data) {
    if (rb->count < rb->size) {
        rb->buf[rb->tail] = data;
        rb->tail = (rb->tail + 1) % rb->size;
        rb->count++;
    }
}
uint8_t ringbuf_get(ringbuf_t *rb) {
    if (rb->count > 0) {
        uint8_t data = rb->buf[rb->head];
        rb->head = (rb->head + 1) % rb->size;
        rb->count--;
        return data;
    } else {
        return 0;
    }
}
void send_data(uint8_t data) {
    ringbuf_put(&tx_ringbuf, data);
}
uint8_t get_data() {
    return ringbuf_get(&rx_ringbuf);
}

以上代码实现了向消息队列中发送和接收数据的功能。ringbuf_put()ringbuf_get()函数分别用于向环形缓冲区中写入和读取数据。send_data()get_data()函数分别用于向环形缓冲区中发送和接收数据。

【状态机】

状态机是一种用于处理事件和状态转移的数学模型。在本例中,我们将使用状态机来处理接收到的数据。

下面是我们使用状态机来处理接收到的数据的代码:

typedef enum {
    STATE_IDLE, // 初始状态
    STATE_RECV, // 接收状态
    STATE_PROCESS, // 处理状态
} state_t;
state_t state = STATE_IDLE; // 状态机初期状态
void run_state_machine() {
    switch (state) {
        case STATE_IDLE:
            if (ringbuf_get_count(&rx_ringbuf) > 0) {
                state = STATE_RECV;
            }
            break;
        case STATE_RECV:
            // 从环形缓冲区中读取数据
            uint8_t data = ringbuf_get(&rx_ringbuf);
            state = STATE_PROCESS;
            process_data(data);
            break;
        case STATE_PROCESS:
            // 处理完毕后返回初始状态
            state = STATE_IDLE;
            break;
    }
}

以上代码中,我们定义了一个名为state_t的枚举类型,用于表示状态机的状态。run_state_machine()函数用于执行状态机。在本例中,状态机包含三个状态:STATE_IDLESTATE_RECVSTATE_PROCESS。状态机会不断循环运行。

【基于定时器的任务调度】

在RTOS中,任务调度可以通过定时器来完成。本例中,我们将使用TIM2定时器作为任务调度器。我们将使用比较简单的算法来实现任务调度。具体来说,在本例中,将轮流运行两个任务,并在每个任务中使用状态机和消息队列来完成所需的操作。

下面是我们使用TIM2定时器来调度任务的代码:

void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) {
        __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE);
        // 轮流交替执行两个任务
        current_task = (current_task == TASK_SEND) ? TASK_RECV : TASK_SEND;
    }
}

在以上代码中,我们在每个任务中使用状态机和消息队列来完成所需的操作。我们还使用TIM2定时器来轮流运行这两个任务。

下面是我们实现发送和接收任务的代码:

void send_task() {
    send_data(rand() % 100);
}
void recv_task() {
    run_state_machine();
}
void TaskSchedule(void)
{
    // 定时器中断服务程序
    switch (current_task) {
        case TASK_SEND:
            send_task();
            break;
        case TASK_RECV:
            recv_task();
            break;
    }  
}
void main(void)
{
  /* 系统初始化相关 */
  System_Config();
  /* 开始模拟任务调度 */
  TaskSchedule();
}

【总结】

本文介绍了如何使用ringbuff消息队列、状态机和TIM2定时器来模拟RTOS中的任务调度。我们使用了环形缓冲区来传输消息,并使用状态机来处理接收到的数据。我们还使用了简单的算法来调度任务,并使用TIM2定时器作为任务调度器。(注:本文只是提供一种编程思路,应用到实际的项目开发中要视实际项目情况而定。)


 

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